用于MOSFET的E2类谐振驱动电路及其调制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于MOSFET的E2类谐振驱动电路，包括直流供电电压，直流供电电压的正极连接有直流电感的一端，直流电感的另一端连接有第一开关管的漏极，第一开关管的源极连接到直流供电电压的负极，还包括串联的二倍频谐振电感和谐振电容，二倍频谐振电感和谐振电容串联连接后并联到第一开关管的漏极与源极上且连接有ON

【技术实现步骤摘要】
用于MOSFET的E2类谐振驱动电路及其调制方法


[0001]本专利技术属于高频开关电源
，涉及一种用于MOSFET的E2类谐振驱动电路，本专利技术还涉及上述谐振驱动电路的调制方法。

技术介绍

[0002]金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)主要包括氮化镓场效应管(GaN MOSFET)、碳化硅场效应管(SiC MOSFET)与硅场效应管(Si MOSFET)等类型。随着电力电子技术的发展，功率半导体器件的工作频率逐渐提高。在无线输电、高频开关电源等领域，MOSFET的工作频率最高可以达到数十兆赫兹。通常MOSFET器件为电压驱动型器件，开关时器件栅极电荷上的能量损失会产生较大的栅极驱动损耗，而且开关频率越高，驱动损耗越大。为了减小在高频工作时MOSFET的驱动损耗，减小驱动开关半导体器件栅极电荷的能量损失已经成为了高频电源设计等研究的重点。
[0003]高频驱动电路常采用谐振电路以减小驱动栅极电荷的能量损失。谐振类驱动电路工作时栅极电荷参与谐振，使得栅极电荷的能量损失大幅下降。谐振类驱动电路的占空比与频率不易改变，使其通常与ON-OFF调制方法配合使用。目前提出的高频谐振驱动电路有ON-OFF调制的抬压自驱型电路以及单开关零电压开关门驱动电路等。其中抬压自驱类电路常用于同步整流器，需要将整流器的变压器引出辅助绕组，通过辅助绕组与谐振器件进行谐振驱动开关器件，辅助开关器件用来控制谐振电路是否接入驱动电路。但一般应用场景下没有变压器和其辅助绕组，所以该谐振驱动器的应用场景限制较大。单开关零电压开关门驱动电路为E类的谐振电路，E类谐振电路中将电容两端的谐振电压作用在开关器件上进行驱动，谐振电路理论上损耗为零，所以其适合用于高频谐振频率固定且占空比固定的开关器件的驱动。但该类方案无法实现ON-OFF调制，只能稳态运行；驱动电路的起振过程较慢，在起振过程中可能会出现对开关器件的误导通而发生危险，而且无法实现对开关器件的负压关断。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种用于MOSFET的E2类谐振驱动电路，实现对高频MOSFET的ON-OFF驱动，使开关器件可以在高频谐振的通断模式下工作。
[0005]本专利技术的另一种目的是提供一种用于MOSFET的E2类谐振驱动电路的调制方法。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是，用于MOSFET的E2类谐振驱动电路，包括直流供电电压V
DC
，直流供电电压V
DC
的正极连接有直流电感L1的一端，直流电感L1的另一端连接有第一MOSFET开关管S1的漏极，第一MOSFET开关管S1的源极连接到直流供电电压V
DC
的负极，还包括串联的二倍频谐振电感L2和谐振电容C2，二倍频谐振电感L2和谐振电容C2串联连接后并联到第一MOSFET开关管S1的漏极与源极上，二倍频谐振电感L2和谐振电容C2串联连接后还并列连接有ON-OFF子电路，直流供电电压V
DC
还并列连接有负压关断子电路，ON-OFF子电路的输出端和负压关断子电路的输出端共同并列连接有被驱动主动开关管S。
[0007]本专利技术的特征还在于，
[0008]ON-OFF子电路包括辅助谐振电容C1、第二MOSFET开关管S2以及第三MOSFET开关管S3，辅助谐振电容C1与第二MOSFET开关管S2的漏极与源极并联连接；第二MOSFET开关管S2的漏极与第一MOSFET开关管S1的漏极相连；第二MOSFET开关管S2的源极与第三MOSFET开关管S3的漏极相连，连接点记为A点；第三MOSFET开关管S3的源极与第一MOSFET开关管S1的源极相连，驱动主动开关管S的栅极连接A点，驱动主动开关管S的源极连接ON-OFF子电路的输出端。
[0009]负压关断子电路包括稳压二极管DZ1、稳压电容C3、续流电阻R1，稳压二极管DZ1的阳极与稳压电容C3的负极和第三MOSFET开关管S3的源极相连；稳压二极管DZ1的阴极与稳压电容C3的正极相连，连接点记为B点；续流电阻R1的一端连接到直流供电电压V
DC
的正极，续流电阻R1的另一端连接到连接点B点，A点和B点之间连接有主谐振电容C4，被驱动的主开关管S的栅极连接A点，被驱动的主开关管S的源极连接B点。
[0010]本专利技术采用的第二种技术方案是：用于MOSFET的E2类谐振驱动电路的调制方法，采用上述用于MOSFET的E2类谐振驱动电路，用于MOSFET的E2类谐振驱动电路的ON-OFF逻辑控制子电路包括：高频方波发生器和ON-OFF调制器，被驱动的主开关管S的高频开关频率由高频方波发生器产生，高频方波发生器产生频率为f1、占空比为du1的高频方波信号，ON-OFF调制器的工作频率为f2，ON-OFF调制器的工作占空比为du2，ON-OFF调制器的使能信号为EN，高频方波发生器的输出信号记为G1，高频方波发生器连接有与门芯片IC2的1输入端和与门芯片IC3的1输入端；ON-OFF调制器的输出信号连接有与门芯片IC2的2输入端和非门芯片IC1的输入端；非门芯片IC1的输出端连接至与门芯片IC3的2输入端；与门芯片IC2的输出信号连接有SR触发器的S端输入引脚；与门芯片IC3的输出信号连接到SR触发器的R端输入引脚；SR触发器的引脚Q输出信号记为G2；SR触发器的引脚Q输出信号记为G3，其中，信号G1为第一MOSFET开关管S1的驱动信号，信号G2为第二MOSFET开关管S2的驱动信号，信号G3为第三MOSFET开关管S3的驱动信号，信号G2与信号G3始终互补；的用于MOSFET的E2类谐振驱动电路根据ON-OFF调制器的使能信号EN分为3个工作状态，具体为：t0～t1段为使能禁止状态，驱动电路的输出始终处于负压关断状态；t1～t2段为ON状态，驱动电路的输出为高频开关驱动信号；t2～t3段为OFF状态，驱动电路的输出始终处于负压关断状态。
[0011]本专利技术第二种技术方案的特征还在于，
[0012]具体调制方法如下：
[0013]t0～t1使能禁止状态：使能信号EN为低电平无效信号，高频方波发生器输出方波信号G1，第一MOSFET开关管S1始终工作于高频开关状态，谐振电路逐渐起振，ON-OFF调制器输出信号为低电平，使得信号G2始终为低电平，第二MOSFET开关管S2始终关断，第三MOSFET开关管S3始终导通，驱动电路的输出电压U1始终为负压信号，在此时间段内，直流电感L1、第一MOSFET开关管S1、辅助谐振电容C1、二倍频谐振电感L2和谐振电容C2共同构成E2类谐振电路，由于负压关断子电路的存在使得驱动电路输出为恒负压信号，在这个区间内，通过延迟EN信号的使能时间来使E2类谐振电路达到稳定的工作状态；
[0014]t1～t2ON状态：此状态驱动电路的输出为高频开关驱动信号，此时使能信号EN为有效信号，ON-OFF调制器输出高电平信号，t0～t1段的时间长度决于占空比du2，此时G2信号为高电平，第二MOSFET开关管S2始终导通，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于MOSFET的E2类谐振驱动电路，其特征在于，包括直流供电电压V
DC
，直流供电电压V
DC
的正极连接有直流电感L1的一端，直流电感L1的另一端连接有第一MOSFET开关管S1的漏极，第一MOSFET开关管S1的源极连接到直流供电电压V
DC
的负极，还包括串联的二倍频谐振电感L2和谐振电容C2，二倍频谐振电感L2和谐振电容C2串联连接后并联到第一MOSFET开关管S1的漏极与源极上，二倍频谐振电感L2和谐振电容C2串联连接后还并列连接有ON-OFF子电路，直流供电电压V
DC
还并列连接有负压关断子电路，ON-OFF子电路的输出端和负压关断子电路的输出端共同并列连接有被驱动主动开关管S。2.根据权利要求1所述的用于MOSFET的E2类谐振驱动电路，其特征在于，所述ON-OFF子电路包括辅助谐振电容C1、第二MOSFET开关管S2以及第三MOSFET开关管S3，辅助谐振电容C1与第二MOSFET开关管S2的漏极与源极并联连接；第二MOSFET开关管S2的漏极与第一MOSFET开关管S1的漏极相连；第二MOSFET开关管S2的源极与第三MOSFET开关管S3的漏极相连，连接点记为A点；第三MOSFET开关管S3的源极与第一MOSFET开关管S1的源极相连，驱动主动开关管S的栅极连接A点，驱动主动开关管S的源极连接ON-OFF子电路的输出端。3.根据权利要求2所述的用于MOSFET的E2类谐振驱动电路，其特征在于，所述负压关断子电路包括稳压二极管DZ1、稳压电容C3、续流电阻R1，稳压二极管DZ1的阳极与稳压电容C3的负极和第三MOSFET开关管S3的源极相连；稳压二极管DZ1的阴极与稳压电容C3的正极相连，连接点记为B点；续流电阻R1的一端连接到直流供电电压V
DC
的正极，续流电阻R1的另一端连接到连接点B点，A点和B点之间连接有主谐振电容C4，被驱动的主开关管S的栅极连接A点，被驱动的主开关管S的源极连接B点。4.用于MOSFET的E2类谐振驱动电路的调制方法，其特征在于，采用权利要求3所述的用于MOSFET的E2类谐振驱动电路，所述用于MOSFET的E2类谐振驱动电路的ON-OFF逻辑控制子电路包括：高频方波发生器和ON-OFF调制器，被驱动的主开关管S的高频开关频率由高频方波发生器产生，高频方波发生器产生频率为f1、占空比为du1的高频方波信号，ON-OFF调制器的工作频率为f2，ON-OFF调制器的工作占空比为du2，ON-OFF调制器的使能信号为EN，高频方波发生器的输出信号记为G1，高频方波发生器连接有与门芯片IC2的1输入端和与门芯片IC3的1输入端；ON-OFF调制器的输出信号连接有与门芯片IC2的2输入端和非门芯片IC1的输入端；非门芯片IC1的输出端连接至与门芯片IC3的2输入端；与门芯片IC2的输出信号连接有SR触发器的S端输入引脚；与门芯片IC3的输出信号连接到SR触发器的R端输入引脚；SR触发器的引脚Q输出信号记为G2；SR触发器的引脚Q输出信号记为G3，其中，信号G1为第一MOSFET开关管S1的驱动信号，信号G2为第二MOSFET开关管S2的驱动信号，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙向东，陈泽驰，王之轩，任碧莹，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：